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Membranas de polisulfona com dióxido de titânio obtidas por meio da Técnica de Inversão de Fases para o tratamento de efluentes têxtil

Resumo

A polisulfona é um material promissor para produção de membranas. Porém, visando promover uma maior resistência à formação de incrustações e melhorias na permeabilidade, seletividade e resistência (mecânica e química) à estes tipos de membranas, a adição de nanopartícula inorgânicas como dióxido de titânio, têm sido propostos para obter propriedades desejadas e favorecer aplicações. O desenvolvimento de membranas de nanocompósito de polisulfona permitirá encontrar uma relação entre baixo custo e elevado nível de desempenho, devido à utilização de menor quantidade da carga inorgânica introduzida no material polimérico, podendo resultar na sinergia entre as propriedades individuais desses componentes, potencializando a performance desse material híbrido obtido. Portanto, este fato demonstra a importância na obtenção destas membranas para a melhoria das propriedades e, consequentemente, obter uma maior eficiência nos processos de separação por membranas (PSM)para aplicação em sistemas de microfiltração representando importante contribuição para a academia e para a sociedade, além de servir como suporte para trabalhos futuros. Não obstante, este trabalho tem como objetivo realizar uma revisão bibliográfica sobre membranas microporosas a partir de polisulfona com a introdução de carga inorgânica por meio da técnica de inversão de fases, visando sua aplicação no tratamento de efluentes da indústria têxtil.

Introdução

Os efluentes de origem doméstica ou industrial são responsáveis por grande parte da carga poluidora do planeta. A implementação de tecnologias mais limpas e pesquisas em tratamento de águas são os caminhos para minimizar os impactos causados ao meio ambiente e melhoria dos recursos hídricos (Pan,et al., 2019). O descarte inapropriado desses efluentes tem causado preocupação para a comunidade científica, que tem como desafio aplicar processos de reparação para esses danos ambientais (Silva,et al., 2014).

Os processos convencionais de tratamento de efluentes incluem métodos químicos, centrifugação, ultracentrifugação, tratamentos térmicos, entre outros. Cada um desses processos tem sérias limitações, sejam de ordem energética, de tratamentos (térmicos e mecânicos) ou de ordem química. Processos que vem recebendo crescente atenção devido à sua eficiência energética são os que utilizam membranas como princípio ativo de seu funcionamento, isso pelo fato de ser uma tecnologia limpa, apresentar simplicidade de operação, ter uma vasta aplicabilidade, além de ser possível combinar com outros processos (Anadão, 2010).

As membranas são barreiras semipermeáveis de separação que atuam como uma espécie de filtro, podendo restringir total ou parcialmente o transporte de uma ou várias espécies químicas presentes nas fases. Além disso, os poros das membranas são responsáveis pelas propriedades e pelas inúmeras aplicações das membranas, promovendo separações entre as partículas e fracionando moléculas de diferentes massas molares. Elas são preparadas utilizando-se uma ampla variedade de técnicas como a técnica de inversão de fases, por evaporação e extrusão, por exemplo, dependendo principalmente dos materiais que compõem a membrana como também vários são os tipos de aplicação, abrangendo desde processos clássicos de pressão, como Microfiltração –MF, Nanofiltração –NF, Ultrafiltração –UF e Omose Inversa –OI até processos emergentes mais recentes como contatores de membrana. (Mulder &Mulder, 1996; Strathmann,et al.,2011).

A técnica de inversão de fases é o método mais empregado para a obtenção de membranas poliméricas microporosas que permite ampla variação morfológica a partir de pequenas alterações feitas nos parâmetros utilizados durante o processo de preparação das membranas podendo estas serem produzidas com material metálico, cerâmico, líquido e principalmente o polimérico (Figoli,et al., 2017; Sridhar, 2018).

Dentre as membranas poliméricas, as produzidas com polissulfona (PSF) como principal componente têm sido largamente empregadas para tratamento de efluentes industriais devido às suas propriedades desejadas, como estabilidade, alta resistência mecânica e facilidade de modificação. A alteração das membranas PSF apresenta uma grande oportunidade para melhorar seu desempenho na área de tratamentode águas residuais. Estudos atualizados em nanomateriais, bem como macromoléculas hidrofílicas usadas nas modificações de membranas PSF ultrafiltralçao/microfiltração para aplicação no tratamento de água foram amplamente analisados. Estas membranas modificadas exibiram uma melhoria notável no que diz respeito à permeabilidade à água, rejeição de sal e características anti incrustantes de membranas modificadas com PSF quando comparadas com as membranas de PSF puras. Com base nos estudos realizados, fica evidenciado que as membranas de PSF modificadas com nanomateriais / macromoléculas hidrofílicas têm características únicas que podem contribuir para o avanço de membranas nanocompósitos inovadoras com capacidades aprimoradas para tratamento de águas residuais(Mamah,et al., 2020).

Porém, devido à PSU em sua forma pura apresentar característica bastante hidrofóbica como principal limitação, modificações são necessárias para melhorar suas propriedades(Mousa,et al.,2020). A adição de componentes inorgânicos à solução polimérica na preparação das membranas são bastante utilizado para a obtenção de membranas de nanocompósitos por meio da adição de nanopartículas inorgânicas como argila (Fernandes,et al., 2018; Ferreira,et al., 2019), óxido de zinco (ZnO) (Ponnamma,et al., 2019; Amini,et al., 2020; Parani &Oluwafemi, 2020), dióxido de titânio (TiO2)(Yang,et al., 2007);(Shao,et al., 2017; Zarshenas,et al., 2020; Zhang,et al., 2020),óxido de grafeno (OG)(Rajakumaran,et al., 2019; Jaleh,et al., 2020), sais inorgânicos (Dos Santos Filho,et al2017.; De Medeiros,et al., 2018; Dos Santos Filho,et al., 2019),entre outros, com o intuito de melhoria das propriedades morfológicas, mecânicas e de fluxo das membranas poliméricas.

A adição de nanopartículas de dióxido de titânio, às membranas de polisulfona irá proporcionar alterações significativas na estrutura morfológica como aumento da quantidade e do tamanho dos poros presentes na superfície de topo e seção transversal de tais membranas de nanocompósitos. Além disso, irá promover resistência à formação de incrustações e melhorias na permeabilidade, na seletividade e na resistência tanto mecânica, quanto química, conferindo às membranas as propriedades desejadas, favorecendo, assim, a sua aplicação para o tratamento de efluentes líquidos provenientes, por exemplo, da indústria têxtil. Com isso, estudos de inserção de nanopartículas na obtenção de membranas híbridas aplicadas no tratamento de efluentes industriais representam importante contribuição para a academia e para a sociedade, além de servir como suporte para trabalhos futuros.

Portanto, este trabalho tem como objetivo realizar uma revisão bibliográfica sobre membranas planas microporosas a partir da polisulfona com a introdução de TiO2por meio da técnica de inversão de fases, visando sua aplicação no tratamento de efluentes da indústria têxtil.

Autores: Bruna Aline Araujo; Rafael Agra Dias; Vanessa da Nóbrega Medeiros; Keila Machado de Medeiros e Edcleide Maria Araújo.

 

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